ケーブルたるみ計算 戻る
構造解析ツール

ケーブルたるみ計算ツール

スパン・単位重量・たるみを入力してカテナリー曲線と放物線近似を重ね合わせ可視化。水平張力・最大張力・ケーブル長をリアルタイム計算。送電線・橋梁ケーブルの設計に。

入力パラメータ
スパン L
m
たるみ d
m
単位重量 w
N/m
⚠️ たるみ比 d/L > 1/8 — 放物線近似の精度が低下します。カテナリー値を使用してください。
計算結果
計算結果
水平張力 H (N)
最大張力 T_max (N)
ケーブル長 S (m)
たるみ比 d/L

青線:カテナリー(正確) / 橙破線:放物線近似

一定水平張力 H に対するたるみ d vs スパン L(w = 現在値)

理論・主要公式

水平張力(放物線近似):

$$H = \frac{wL^2}{8d}$$

最大張力:

$$T_{max}= \sqrt{H^2 + \left(\frac{wS}{2}\right)^2}$$

正確なカテナリー形状:

$$y = \frac{H}{w}\left(\cosh\frac{wx}{H}-1\right)$$

ケーブル長(カテナリー):

$$S = \frac{2H}{w}\sinh\frac{wL}{2H}$$

ケーブルたるみ計算とは

🙋
送電線って、あんなに長い距離でピンと張ってないですよね。あの「たるみ」ってどうやって決めてるんですか?
🎓
大まかに言うと、ケーブルの重さと張力のバランスで決まるんだ。例えば、上のスライダーで「スパンL」を大きくしてみて。支柱の間隔が広がると、同じ張力でもたるみ「d」が一気に大きくなるのがわかるよ。
🙋
え、そうなんですか!じゃあ、たるみを小さくしようと無理に引っ張るとどうなってしまうんですか?
🎓
その通り!今度は「たるみd」のスライダーを小さくしてみて。グラフのケーブルがピンと張るよね。その代わり、下に表示される「水平張力H」と「最大張力T_max」の値が急激に増えるのがわかる。実務では、この張力がケーブルや支柱の強度を超えないように設計するんだ。
🙋
なるほど!ところで、グラフに「カテナリー」と「放物線近似」の2本の線が出てますが、何が違うんですか?
🎓
良いところに気が付いたね。ケーブルの正確な形は「カテナリー曲線」って呼ばれるんだけど、計算がちょっと複雑なんだ。そこで、たるみが小さい時はシンプルな「放物線」で近似できる。ツールで「単位重量w」を大きくして大たるみにすると、2本の線の差がはっきり見えるよ。現場ではまず放物線で概算して、必要ならカテナリーで正確に計算するんだ。

よくある質問

たるみdがスパンLに対してd/L≦1/8程度の場合は放物線近似で十分な精度が得られ、計算も簡単です。それよりたるみが大きい場合や、より正確な形状・張力を求める必要がある場合はカテナリー曲線をご使用ください。本ツールでは両者を重ねて表示するため、差異を視覚的に確認できます。
単位重量wはケーブルの1mあたりの自重です。ケーブルメーカーの仕様書に記載されている線密度(kg/m)に重力加速度9.8m/s²を乗じてN/m単位に換算してください。例えば線密度1.0kg/mならw=9.8N/mです。付属品や着氷雪の影響を含める場合は、その分の重量も加算します。
水平張力Hは支柱に作用する水平方向の力を示し、鉄塔や橋脚の強度設計に用います。最大張力はケーブル自体に掛かる最大の引張力で、ケーブルの許容引張強度以下であることを確認する必要があります。特にカテナリー曲線では端部で張力が最大となるため、安全率を考慮して設計値を決定してください。
スパンが長いほど、またたるみを小さくするほど水平張力Hは急激に大きくなります(H∝L²/d)。その結果、ケーブルや支柱に過大な張力がかかり、破断や構造変形のリスクが生じます。設計の際は、計算された張力が使用するケーブルの許容値と支柱の耐力を超えないか必ず確認してください。

実世界での応用

送電線・通信ケーブルの設計:強風や着雪による荷重を考慮し、たるみと張力を最適化します。たるみが大きすぎると近接物への接触事故が、小さすぎると張力過大で断線のリスクがあります。本ツールのような計算が基本となります。

橋梁(吊り橋・斜張橋)のメインケーブル設計:大スパンを支えるケーブルの形状と張力は構造全体の安定性に直結します。特に大たるみとなる場合が多いため、カテナリー曲線を用いた精密な解析が必須です。

索道(ロープウェイ・ゴンドラ)の支持ロープ設計:支柱間の距離と搬器の重量から、ロープのたるみと張力を計算します。乗り心地や安全性を確保するための重要なパラメータです。

舞台・イベント設営でのワイヤー張り:照明や音響機器を吊るすワイヤーの張り方を計画する際にも応用できます。適切なたるみを計算することで、過剰な張力による器具や構造物への負担を軽減できます。

よくある誤解と注意点

まず、「たるみは単なる見た目ではない」という点を押さえよう。例えば、スパン100mでたるみを1mから0.5mに減らすと、張力は約4倍に跳ね上がるんだ(放物線近似式 $H = w L^2 / (8d)$ から)。「ちょっと引き締めよう」が、ケーブルや支柱の許容応力を簡単に超えてしまう危険な行為なんだよ。次に、入力パラメータの単位。特に「単位重量w」を間違いやすい。ケーブルカタログには「線密度[kg/m]」で載っていることが多い。計算する時は $w = 質量 \times 重力加速度$ で[N/m]に変換するのを忘れずに(例: 1.5 kg/m → 約14.7 N/m)。最後に、「初期状態」と「追加荷重時」の混同。このツールで計算できるのは、ケーブル自重のみが働く「無風・無氷雪」の基本状態だ。実務では、強風圧や着雪荷重が加わった「荷重時」のたるみと張力を別途検証する。基本状態の張力に余裕がないと、荷重時に危険な状態になりかねない。常に「どの状態を想定しているか」を意識して計算しよう。